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金属的空间增材制造技术具有及时原位制造航天器急需的零部件、在轨制造大型构件、减少发射成本等优点,对人类航天事业意义重大。在外太空进行空间增材制造的过程中金属熔体在同质基体上进行微重力凝固,而研究表明微重力环境对金属的凝固有重要影响。为了探究微重力环境对空间增材制造备选材料凝固过程的具体影响,采用50m长落管半熔化法开展了 TC4、TC8、TC20钛合金与Al-5Si、Al-7Si铝合金以及7vol%TiB2/Al复合材料的微重力凝固实验。通过对比分析各种成分合金和复合材料的微重力实验与重力实验结果,获得如下结论:1.TC4、TC8与TC20三种钛合金的凝固组织都为多晶组织,其中底部晶粒等轴率较高、尺寸较小;而中上部晶粒多为拉长形态,尺寸较大。相比之下,微重力样品中较大尺寸晶粒比例高于重力样品,形核率低于重力样品。其中,TC8合金微重力与重力样品凝固组织之间的差异最大,这与其凝固速度较慢有关。此外,三种钛合金重力和微重力样品中合金元素沿生长方向分布均匀。由于凝固速度较快,对流影响微弱,三种钛合金凝固过程主要由热扩散主导。2.Al-5Si和Al-7Si合金的凝固组织由α-Al枝晶和枝晶间共晶组织组成。其中微重力样品中的共晶百分比都高于重力样品,凝固速度与Si含量的增加都会降低这种差异。不同凝固速度下Al-5Si合金微重力样品的一次枝晶间距都高于重力样品,Al-7Si合金微重力样品一次枝晶间距略高于重力样品。两种合金重力样品的二次枝晶臂间距都高于微重力样品,凝固速度的增加会缩小这种差异。相比之下,Al-5Si合金重力样品中Si元素的偏析更严重。而A1-7Si合金微重力样品中Si元素的偏析更严重,凝固速度增加会加剧这种差异。两种Al合金的凝固过程明显受到浮力对流的影响。3.7vol%TiB2/Al复合材料的凝固组织由Al枝晶及聚集分布于枝晶间的TiB2粒子组成。相比于重力样品,微重力样品中枝晶更为粗大。沿重熔区外延生长方向,TiB2粒子呈被排出状态,其中重力样品中粒子在重熔区底部数量多于微重力样品,在顶部数量低于微重力样品。凝固过程受浮力对流、沉降效应的双重、影响。